多源信息融合的物聯(lián)網(wǎng)圖書館機(jī)器人機(jī)械手定位研究-文庫吧
2025-06-07 14:44 本頁面
【正文】 f things, Machine vision, RFID 目前，世界上成功應(yīng)用圖書館機(jī)器人的有德國洪堡大學(xué)、美國猶他州大學(xué)、日本早稻田大學(xué)等，這些圖書館機(jī)器人的應(yīng)用大大節(jié)省了圖書管理成本，同時使讀者借還圖書更加便捷。2002年，美國約翰斯霍普金斯大學(xué)的Jackrit Suthakom等人在其發(fā)表的文章中詳細(xì)描述了圖書館機(jī)器人系統(tǒng)及其六自由度機(jī)械手的設(shè)計與控制軟件編制法，但未涉及到機(jī)器視覺[1]。同年，新加坡的Kho Hao Yuan等人研究了基于RFID技術(shù)的無人圖書館系統(tǒng)[2]。2008年，D. J. Lee對書脊特征匹配問題展開了深入研究并在第4屆IEEE自動化科學(xué)與工程國際會議上發(fā)表相關(guān)論文[3]。我國在物聯(lián)網(wǎng)圖書館機(jī)器人研究方面的工作相對滯后，尤其是在圖書上下架時如何利用機(jī)器視覺進(jìn)行機(jī)械手的精確定位方面還有很大研究空間，這也是圖書館機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計中的難點(diǎn)。1 圖書館物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計 以機(jī)器人為核心的系統(tǒng)本文將物聯(lián)網(wǎng)無人圖書館看作一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)由以下實(shí)體元素組成：圖書管理信息系統(tǒng)、書架、書、機(jī)器人。以機(jī)器人為核心，它在無人圖書館中與其他對象（讀者、館員、書架）協(xié)同工作，共同完成圖書管理工作，協(xié)同工作示意圖如圖1所示：館員讀者新書入庫舊書剔除自助借還圖書館機(jī)器人圖書清點(diǎn)和整理書架圖1 圖書館機(jī)器人協(xié)同工作示意圖系統(tǒng)中的機(jī)器人是一種輪式移動機(jī)器人，機(jī)器人主體是一個自動引導(dǎo)車(Automatic Guided Vehicle,AGV)，車上安裝有機(jī)械手臂，機(jī)械手臂前端裝有攝像頭和RFID讀寫器。圖書館內(nèi)道路按照館藏類型劃分成多個區(qū)域，每個區(qū)域有相應(yīng)的路面標(biāo)志，車載無線圖像采集模塊獲得路面標(biāo)志圖像并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)程序進(jìn)行圖像處理，并計算AGV控制參數(shù)，再通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至機(jī)器人主控制器調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PWM直流電機(jī)調(diào)速控制[46]。 RFID電子標(biāo)簽設(shè)計為每一本書貼上一個RFID電子標(biāo)簽，作為該書在圖書館中唯一的身份標(biāo)識，標(biāo)簽中保存有特定格式的電子數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)設(shè)計的書RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式為：“書庫號+書架號+書架層號+書架層內(nèi)絕對位置號+書架層內(nèi)區(qū)間相對位置號+書架總數(shù)+書架總層數(shù)+層內(nèi)書總數(shù)”。其中，“書架層內(nèi)絕對位置號”是書在書架某層內(nèi)的位置序號，書上架前按照在某層內(nèi)的擺放順序依次編號，該編號反映了書在某層內(nèi)的絕對位置，序號從1開始，一直到“層內(nèi)書總數(shù)”結(jié)束，此序號是引導(dǎo)機(jī)械手定位的重要參數(shù)之一。 “書架層內(nèi)區(qū)間相對位置號”是為與視覺識別相結(jié)合特意設(shè)置的。為借助視覺識別達(dá)到機(jī)械手精確定位，將一個書架在橫向上劃分成若干個區(qū)間，區(qū)間的劃分以機(jī)械手?jǐn)z像機(jī)能清晰拍攝并能識別出當(dāng)前區(qū)間中的每本書為依據(jù)，這是在無人圖書館系統(tǒng)投入運(yùn)行前就需要完成的標(biāo)定工作。通過這種RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式設(shè)計，可使圖書館中具有流動屬性的每一本圖書都具有一個空間上固定的唯一標(biāo)識，即在空間中書具有固定的屬性，正是利用這一點(diǎn)，機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)對書的準(zhǔn)確定位與查找。 無人圖書館自動化流程剖析在圖書館機(jī)器人的核心作用下，無人圖書館中主要存在著以下3個自動化流程：（1） 自助借書流程讀者有借書需求時，將此需求輸入到圖書管理信息系統(tǒng)，由此引發(fā)圖2所示信息流發(fā)生：圖書管理信息系統(tǒng)引導(dǎo)運(yùn)用視覺取書書機(jī)器人書架借書指令機(jī)器人搬運(yùn)讀者圖2 自助借書流程（2） 自助還書流程與自助借書流程相逆。信息流如圖3所示：① 引導(dǎo)圖書管理信息系統(tǒng)機(jī)器人用RFID識
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